Введение в программирование на Java. Изучаем Java

Итак, Java обладает длинной и непростой историей развития, однако настало время рассмотреть, что же получилось у создателей, какими свойствами обладает данная технология.

Самое широко известное, и в то же время вызывающее самые бурные споры, свойство - много- или кроссплатформенность . Уже говорилось, что оно достигается за счет использования виртуальной машины JVM , которая является обычной программой, исполняемой операционной системой и предоставляющей Java -приложениям все необходимые возможности. Поскольку все параметры JVM специфицированы, то остается единственная задача - реализовать виртуальные машины на всех существующих и используемых платформах.

Наличие виртуальной машины определяет многие свойства Java , однако сейчас остановимся на следующем вопросе - является Java языком компилируемым или интерпретируемым? На самом деле, используются оба подхода.

Исходный код любой программы на языке Java представляется обычными текстовыми файлами, которые могут быть созданы в любом текстовом редакторе или специализированном средстве разработки и имеют расширение.java. Эти файлы подаются на вход Java -компилятора, который транслирует их в специальный Java байт-код . Именно этот компактный и эффективный набор инструкций поддерживается JVM и является неотъемлемой частью платформы Java .

Результат работы компилятора сохраняется в бинарных файлах с расширением.class. Java -приложение, состоящее из таких файлов, подается на вход виртуальной машине, которая начинает их исполнять, или интерпретировать, так как сама является программой.

Многие разработчики поначалу жестко критиковали смелый лозунг Sun "Write once, run everywhere", обнаруживая все больше и больше несоответствий и нестыковок на различных платформах. Однако надо признать, что они просто были слишком нетерпеливы. Java только появилась на свет, а первые версии спецификаций были недостаточно исчерпывающими.

Очень скоро специалисты Sun пришли к выводу, что просто свободно публиковать спецификации (что уже делалось задолго до Java ) недостаточно. Необходимо еще и создавать специальные процедуры проверки новых продуктов на соответствие стандартам. Первый такой тест для JVM содержал всего около 600 проверок, через год их число выросло до десяти тысяч и с тех пор все время увеличивается (именно его в свое время не смог пройти MS IE 4.0). Безусловно, авторы виртуальных машин все время совершенствовали их, устраняя ошибки и оптимизируя работу. Все-таки любая, даже очень хорошо задуманная технология требует времени для создания высококачественной реализации. Аналогичный путь развития сейчас проходит Java 2 Micro Edition (J2ME ), но об этом позже.

Следующим по важности свойством является объектная ориентированность Java , что всегда упоминается во всех статьях и пресс-релизах. Сам объектно-ориентированный подход (ООП) рассматривается в следующей лекции, однако важно подчеркнуть, что в Java практически все реализовано в виде объектов - потоки выполнения (threads) и потоки данных (streams), работа с сетью, работа с изображениями, с пользовательским интерфейсом , обработка ошибок и т.д. В конце концов, любое приложение на Java - это набор классов, описывающих новые типы объектов.

Подробное рассмотрение объектной модели Java проводится на протяжении всего курса, однако обозначим основные особенности. Прежде всего, создатели отказались от множественного наследования. Было решено, что оно слишком усложняет и запутывает программы. В языке используется альтернативный подход - специальный тип " интерфейс ". Он подробно рассматривается в соответствующей лекции.

Далее, в Java применяется строгая типизация . Это означает, что любая переменная и любое выражение имеет тип, известный уже на момент компиляции. Такой подход применен для упрощения выявления проблем, ведь компилятор сразу сообщает об ошибках и указывает их расположение в коде. Поиск же исключительных ситуаций (exceptions - так в Java называются некорректные ситуации) во время исполнения программы (runtime) потребует сложного тестирования, при этом причина дефекта может обнаружиться совсем в другом классе. Таким образом, нужно прикладывать дополнительные усилия при написании кода, зато существенно повышается его надежность (а это одна из основополагающих целей, для которых и создавался новый язык).

В Java существует всего 8 типов данных, которые не являются объектами. Они были определены с самой первой версии и никогда не менялись. Это пять целочисленных типов: byte, short, int, long, а также к ним относят символьный char. Затем два дробных типа float и double и, наконец, булевский тип boolean. Такие типы называются простыми, или примитивными (от английского primitive ), и они подробно рассматриваются в лекции, посвященной типам данных. Все остальные типы - объектные или ссылочные (англ. reference ).

Синтаксис Java почему-то многих ввел в заблуждение. Он действительно создан на основе синтаксиса языков C/C++, так что если посмотреть на исходный код программ, написанных на этих языках и на Java, то не сразу удается понять, какая из них на каком языке написана. Это почему-то дало многим повод думать, что Java - это упрощенный C++ с дополнительными возможностями, такими как garbage collector . Автоматический сборщик мусора (garbage collector ) мы рассмотрим чуть ниже, но считать, что Java такой же язык, как и C++,- большое заблуждение.

Конечно, разрабатывая новую технологию, авторы Java опирались на широко распространенный язык программирования по целому ряду причин. Во-первых, они сами на тот момент считали C++ своим основным инструментом. Во-вторых, зачем придумывать что-то новое, когда есть вполне подходящее старое? Наконец, очевидно, что незнакомый синтаксис отпугнет разработчиков и существенно осложнит внедрение нового языка, а ведь Java должна была максимально быстро получить широкое распространение. Поэтому синтаксис был лишь слегка упрощен, чтобы избежать слишком запутанных конструкций.

Но, как уже говорилось, С++ принципиально не годился для новых задач, которые поставили себе разработчики из компании Sun, поэтому модель Java была построена заново, причем в соответствии с совсем другими целями. Дальнейшие лекции будут постепенно раскрывать конкретные различия.

Что же касается объектной модели, то она скорее была построена по образцу таких языков, как Smalltalk от IBM, или разработанный еще в 60-е годы в Норвежском Вычислительном Центре язык Simula, на который ссылается сам создатель Java Джеймс Гослинг.

Другое немаловажное свойство Java - легкость в освоении и разработке - также получило неоднозначную оценку. Действительно, авторы потрудились избавить программистов от наиболее распространенных ошибок, которые порой допускают даже опытные разработчики на C/C++. И первое место здесь занимает работа с памятью.

В Java с самого начала был введен механизм автоматической сборки мусора (от английского garbage collector ). Предположим, программа создает некоторый объект, работает с ним, а дальше наступает момент, когда он больше уже не нужен. Необходимо освободить занимаемую память, чтобы не мешать операционной системе нормально функционировать. В С/С++ это необходимо делать явным образом из программы. Очевидно, что при таком подходе существует две опасности - либо удалить объект, который еще кому-то необходим (и если к нему действительно произойдет обращение, то возникнет ошибка), либо не удалять объект, ставший ненужным, а это означает утечку памяти, то есть программа начинает потреблять все большее количество оперативной памяти.

При разработке на Java программист вообще не думает об освобождении памяти. Виртуальная машина сама подсчитывает количество ссылок на каждый объект, и если оно становится равным нулю, то такой объект помечается для обработки garbage collector . Таким образом, программист должен следить лишь за тем, чтобы не оставалось ссылок на ненужные объекты. Сборщик мусора - это фоновый поток исполнения, который регулярно просматривает существующие объекты и удаляет уже не нужные. Из программы никак нельзя повлиять на работу garbage collector , можно только явно инициировать его очередной проход с помощью стандартной функции. Ясно, что это существенно упрощает разработку программ, особенно для начинающих программистов.

Однако опытные разработчики были недовольны тем, что они не могут полностью контролировать все, что происходит с их системой. Нет точной информации, когда именно будет удален объект, ставший ненужным, когда начнет работать (а значит, и занимать системные ресурсы) поток сборщика мусора и т.д. Но, при всем уважении к опыту таких программистов, необходимо отметить, что подавляющее количество сбоев программ, написанных на С/С++, приходится именно на некорректную работу с памятью, причем порой это случается даже с широко распространенными продуктами весьма серьезных компаний.

Кроме того, особый упор делался на легкость освоения новой технологии. Как уже было сказано, ожидалось (и эти ожидания оправдались, в подтверждение правильности выбранного пути!), что Java должна получить максимально широкое применение, даже в тех компаниях, где никогда до этого не занимались программированием на таком уровне (бытовая техника типа тостеров и кофеварок, создание игр и других приложений для сотовых телефонов и т.д.). Был и целый ряд других соображений. Продукты для обычных пользователей, а не профессиональных программистов, должны быть особенно надежными. Internet стал Всемирной Сетью, поскольку появились непрофессиональные пользователи, а возможность создавать апплеты для них не менее привлекательна. Им требовался простой инструмент для создания надежных приложений.

Наконец, Internet-бум 90-х годов набирал обороты и выдвигал новые, более жесткие требования к срокам разработки. Многолетние проекты, которые были в прошлом обычным делом, перестали отвечать потребностям заказчиков, новые системы надо было создавать максимум за год, а то и за считаные месяцы.

Кроме введения garbage collector , были предприняты и другие шаги для облегчения разработки. Некоторые из них уже упоминались - отказ от множественного наследования, упрощение синтаксиса и др. Возможность создания многопоточных приложений была реализована в первой же версии Java (исследования показали, что это очень удобно для пользователей, а существующие стандарты опираются на телетайпные системы, которые устарели много лет назад). Другие особенности будут рассмотрены в следующих лекциях. Однако то, что создание и поддержка систем действительно проще на Java , чем на C/C++, давно является общепризнанным фактом. Впрочем, все-таки эти языки созданы для разных целей, и каждый имеет свои неоспоримые преимущества.

Следующее важное свойство Java - безопасность . Изначальная нацеленность на распределенные приложения, и в особенности решение исполнять апплеты на клиентской машине, сделали вопрос защиты одним из самых приоритетных. При работе любой виртуальной машины Java действует целый комплекс мер. Далее приводится лишь краткое описание некоторых из них.

Во-первых, это правила работы с памятью. Уже говорилось, что очистка памяти производится автоматически. Резервирование ее также определяется JVM , а не компилятором, или явным образом из программы, разработчик может лишь указать, что он хочет создать еще один новый объект. Указатели по физическим адресам отсутствуют принципиально.

Во-вторых, наличие виртуальной машины-интерпретатора значительно облегчает отсечение опасного кода на каждом этапе работы. Сначала байт-код загружается в систему, как правило, в виде class-файлов. JVM тщательно проверяет, все ли они подчиняются общим правилам безопасности Java и не созданы ли злоумышленниками с помощью каких-то других средств (и не искажены ли при передаче). Затем, во время исполнения программы, интерпретатор легко может проверить каждое действие на допустимость. Возможности классов, которые были загружены с локального диска или по сети, существенно различаются (пользователь легко может назначать или отменять конкретные права). Например, апплеты по умолчанию никогда не получат доступ к локальной файловой системе. Такие встроенные ограничения есть во всех стандартных библиотеках Java .

Наконец, существует механизм подписания апплетов и других приложений, загружаемых по сети. Специальный сертификат гарантирует, что пользователь получил код именно в том виде, в каком его выпустил производитель. Это, конечно, не дает дополнительных средств защиты, но позволяет клиенту либо отказаться от работы с приложениями ненадежных производителей, либо сразу увидеть, что в программу внесены неавторизованные изменения. В худшем случае он знает, кто ответственен за причиненный ущерб.

Совокупность описанных свойств Java позволяет утверждать, что язык весьма приспособлен для разработки Internet- и интранет (внутренние сети корпораций)-приложений.

Наконец, важная отличительная особенность Java - это его динамичность . Язык очень удачно задуман, в его развитии участвуют сотни тысяч разработчиков и многие крупные компании. Основные этапы этого развития кратко освещены в следующем разделе.

Итак, подведем итоги. Java -платформа обладает следующими преимуществами:

переносимость, или кроссплатформенность ;
объектная ориентированность, создана эффективная объектная модель;
привычный синтаксис С/С++;
встроенная и прозрачная модель безопасности ;
ориентация на Internet-задачи, сетевые распределенные приложения;
динамичность , легкость развития и добавления новых возможностей;
простота освоения.

Но не следует считать, что более легкое освоение означает, что изучать язык не нужно вовсе. Чтобы писать действительно хорошие программы, создавать большие сложные системы, необходимо четкое понимание всех базовых концепций Java и используемых библиотек. Именно этому и посвящен данный курс.

Основные версии и продукты Java

Сразу оговоримся, что под продуктами здесь понимаются программные решения от компании Sun, являющиеся "образцами реализации" ( reference implementation ).

Итак, впервые Java была объявлена 23 мая 1995 года. Основными продуктами, доступными на тот момент в виде бета-версий, были:

Java language specification , JLS , спецификация языка Java (описывающая лексику, типы данных, основные конструкции и т.д.);
спецификация JVM ;
Java Development Kit , JDK - средство разработчика, состоящее в основном из утилит, стандартных библиотек классов и демонстрационных примеров.

Спецификация языка была составлена настолько удачно, что практически без изменений используется и по сей день. Конечно, было внесено большое количество уточнений, более подробных описаний, были добавлены и некоторые новые возможности (например, объявление внутренних классов), однако основные концепции остаются неизменными. Данный курс в большой степени опирается именно на спецификацию языка.

Спецификация JVM предназначена в первую очередь для создателей виртуальных машин, а потому практически не используется Java -программистами.

JDK долгое время было базовым средством разработки приложений. Оно не содержит никаких текстовых редакторов, а оперирует только уже существующими Java -файлами. Компилятор представлен утилитой javac (java compiler). Виртуальная машина реализована программой java . Для тестовых запусков апплетов существует специальная утилита appletviewer . Наконец, для автоматической генерации документации на основе исходного кода прилагается средство javadoc .

Первая версия содержала всего 8 стандартных библиотек:

java.lang - базовые классы, необходимые для работы любого приложения (название - сокращение от language);
java.util - многие полезные вспомогательные классы;
java.applet - классы для создания апплетов ;
java.awt , java.awt.peer - библиотека для создания графического интерфейса пользователя (GUI ), называется Abstract Window Toolkit , AWT , подробно описывается в лекции 11;
java.awt.image - дополнительные классы для работы с изображениями;
java.io - работа с потоками данных (streams) и с файлами;
java.net - работа с сетью.

Таким образом, все библиотеки начинаются с java , именно они являются стандартными. Все остальные (начинающиеся с com, org и др.) могут меняться в любой версии без поддержки совместимости.

Финальная версия JDK 1.0 была выпущена в январе 1996 года.

Сразу поясним систему именования версий. Обозначение версии состоит из трех цифр. Первой пока всегда стоит 1. Это означает, что поддерживается полная совместимость между всеми версиями 1.х.х. То есть программа, написанная на более старом JDK , всегда успешно выполнится на более новом. По возможности соблюдается и обратная совместимость - если программа откомпилирована более новым JDK , а никакие новые библиотеки не использовались, то в большинстве случаев старые виртуальные машины смогут выполнить такой код.

Вторая цифра изменилась от 0 до 4 (последняя на момент создания курса). В каждой версии происходило существенное расширение стандартных библиотек (212, 504, 1781, 2130 и 2738 - количество классов и интерфейсов с 1.0 по 1.4), а также добавлялись некоторые новые возможности в сам язык. Менялись и утилиты, входящие в JDK .

Наконец, третья цифра означает развитие одной версии. В языке или библиотеках ничего не меняется, лишь устраняются ошибки, производится оптимизация, могут меняться (добавляться) аргументы утилит. Так, последняя версия JDK 1.0 - 1.0.2.

Хотя с развитием версии 1.х ничего не удаляется, конечно, какие-то функции или классы устаревают. Они объявляются deprecated , и хотя они будут поддерживаться до объявления 2.0 (а про нее пока ничего не было слышно), пользоваться ими не рекомендуется.

Вместе с первым успехом JDK 1.0 подоспела и критика. Основные недостатки, обнаруженные разработчиками, были следующими. Во-первых, конечно, производительность. Первая виртуальная машина работала очень медленно. Это связано с тем, что JVM , по сути, представляет собой интерпретатор, который работает всегда медленнее, чем исполняется откомпилированный код. Однако успешная оптимизация, устранившая этот недостаток, была еще впереди. Также отмечались довольно бедные возможности AWT , отсутствие работы с базами данных и другие.

В декабре 1996 года объявляется новая версия JDK 1.1, сразу выкладывается для свободного доступа бета-версия. В феврале 1997 года выходит финальная версия. Что было добавлено в новом выпуске Java ?

Конечно, особое внимание было уделено производительности. Многие части виртуальной машины были оптимизированы и переписаны с использованием Assembler, а не C, как до этого. Кроме того, с октября 1996 года Sun развивает новый продукт - Just-In-Time компилятор, JIT . Его задача - транслировать Java байт-код программы в "родной" код операционной системы. Таким образом, время запуска программы увеличивается, но зато выполнение может ускоряться в некоторых случаях до 50 раз! С июля 1997 года появляется реализация под Windows и JIT стандартно входит в JDK с возможностью отключения.

Были добавлены многие новые важные возможности. JavaBeans - технология, объявленная еще в 1996 году, позволяет создавать визуальные компоненты, которые легко интегрируются в визуальные средства разработки. JDBC (Java DataBase Connectivity) обеспечивает доступ к базам данных. RMI (Remote Method Invocation) позволяет легко создавать распределенные приложения. Были усовершенствованы поддержка национальных языков и система безопасности .

За первые три недели JDK 1.1 был скачан более 220.000 раз, менее чем через год - более двух миллионов раз. На данный момент версия 1.1 считается полностью устаревшей и ее развитие остановилось на 1.1.8. Однако из-за того, что самый распространенный браузер MS IE до сих пор поддерживает только эту версию, она продолжает использоваться для написания небольших апплетов .

Кроме того, с 11 марта 1997 года компания Sun начала предлагать Java Runtime Environment , JRE (среду выполнения Java ). По сути дела, это минимальная реализация виртуальной машины, необходимая для исполнения Java -приложений, без компилятора и других средств разработки. Если пользователь хочет только запускать программы, это именно то, что ему нужно.

Как видно, самым главным недостатком осталась слабая поддержка графического интерфейса пользователя (GUI ). В декабре 1996 года компании Sun и Netscape объявляют новую библиотеку IFC (Internet Foundation Classes), разработанную Netscape полностью на Java и предназначенную как раз для создания сложного оконного интерфейса . В апреле 1997 года объявляется, что компании планируют объединить технологии AWT от Sun и IFC от Netscape для создания нового продукта Java Foundation Classes , JFC , в который должны войти:

усовершенствованный оконный

Язык Java. Введение.

Долгое время трудно было представить себе компьютерный журнал без статьи, посвященной языку Java. О нем писали даже такие популярные газеты и журналы, как The New York Times, The Washington Post и Business Week.

Невозможно припомнить, чтобы национальное общественное радио (National Public Radio) когда-либо посвящало языку программирования десятиминутную передачу. Хорошо это или плохо, зависит от точки зрения. А инвестиции объемом 100 миллионов долларов, вложенные в производство программного обеспечения, создаваемого с помощью конкретного языка программирования?! Телекомпании CNN, CNBC и другие средства массовой информации только и говорили, да и сейчас говорят, о том, как язык Java и то сможет, и это сделает.

Однако эта книга предназначена для серьезных программистов, а поскольку язык Java - это серьезный язык программирования, нам есть о чем рассказать. Итак, мы не станем погружаться в анализ рекламных обещаний и пытаться выяснить, что в них правда, а что вымысел. Вместо этого мы достаточно подробно опишем язык Java именно как язык программирования (включая, разумеется, особенности, позволяющие использовать его для работы в Интернет, которые, собственно, и вызвали столько рекламной шумихи). После этого мы попытаемся отделить реальность от фантазий, объяснив, что язык Java действительно может, а что - нет.

На первых порах между рекламными обещаниями и реальными возможностями языка Java лежала пропасть. По мере его созревания технология становилась все более стабильной и надежной, а ожидания снизились до разумного уровня. Сейчас язык Java все шире используется для создания "промежуточного программного обеспечения" (middleware), поддерживающего связь между клиентами и ресурсами серверов (например, базами данных).

Несмотря на то, что эти важные приложения не поражают воображение, именно в этой области язык Java оказался наиболее полезным благодаря своей машинной независимости, многопоточности и возможностям сетевого программирования. Кроме того, язык Java захватил лидерство в области встроенных систем (embedded systems), став фактическим стандартом портативных устройств, виртуальных киосков, бортовых автомобильных компьютеров и т.п. Однако первые попытки переписать на языке Java широко распространенные программы для персональных компьютеров не увенчались успехом - полученные приложения оказались маломощными и медленными. С появлением новой версии некоторые из этих проблем удалось решить, и все же нужно признать, что пользователям, в общем-то, совершенно безразлично, на каком языке написаны купленные ими программы. Мы полагаем, что основные преимущества языка Java проявятся при создании новых видов устройств и приложений, а не при переписывании уже существующих программ.

Язык Java как средство программирования

Как язык программирования Java перевыполнил свои рекламные обещания. Несомненно, это один из лучших языков, доступных серьезным программистам. Потенциально Java имеет все предпосылки, чтобы стать великим языком программирования, однако, вероятно, сейчас уже слишком поздно. Когда появляется новый язык программирования, немедленно возникает неприятная проблема его совместимости с программным обеспечением, созданным ранее. Более того, даже если изменения в эти программы можно внести без вмешательства в их текст, создателям языка, который так горячо приветствовался публикой, как, например, язык Java, сложно прямо сказать: "Да, возможно мы ошиблись при разработке версии X, но версия Y будет лучше". В итоге, ожидая появления дальнейших улучшений, мы должны констатировать, что структура языка Java в ближайшем будущем существенно не изменится.

Возникает очевидный вопрос: "Как удалось улучшить язык Java? ". Оказывается, это сделано не за счет усовершенствования собственно языка программирования, а путем коренного изменения библиотек программ, написанных на языке Java. Компания Sun Microsystems изменила все: начиная с имен отдельных библиотечных функций (сделав их более осмысленными) и методов работы графических модулей (изменив способ обработки событий и частично переписав рабочие программы), и заканчивая созданием новых свойств языка, например, средств вывода информации на печать, которых не было в версии Java 1.0. В результате получилась гораздо более полезная программная платформа, чем все предыдущие версии языка Java.

Компания Microsoft выпустила в свет свой собственный продукт под названием J++, имеющий отношение к языку Java. Язык J++ интерпретируется виртуальной машиной, совместимой с виртуальной машиной языка Java (Java Virtual Machine) при выполнении байт-кода, но интерфейсы с внешними кодами у этих языков значительно различаются. Языки J++ и Java имеют практически одинаковый синтаксис. Однако компания Microsoft создала дополнительные языковые конструкции. Все они имеют довольно сомнительную ценность, за исключением интерфейса Windows API. Помимо того, что у этих языков одинаковый синтаксис, их основные библиотеки (строки, утилиты, средства сетевого программирования, средства поддержки многопоточности, математические библиотеки и т.п.), по существу, также совпадают.

Однако графические библиотеки, пользовательский интерфейс и доступ к удаленным объектам у этих языков совершенно разные. В настоящее время компания Microsoft больше не поддерживает язык J++, разработав новый язык С#, имеющий много общего с Java, но использующий другую виртуальную машину. В этой книге ни язык J++, ни язык С# не описываются.

Преимущества языка Java

1) Одно из основных преимуществ языка Java - независимость от платформы, на которой выполняются программы : один и тот же код можно запускать под управлением операционных систем Windows, Solaris, Linux, Machintosh и др.
Это действительно необходимо, когда программы загружаются через Интернет для последующего выполнения под управлением разных операционных систем.

2) Другое преимущество заключается в том, что синтаксис языка Java похож на синтаксис языка C++, и программистам, знающим языки С и C++, его изучение не составляет труда . Правда, для программистов, владеющих языком Visual Basic, этот синтаксис, возможно, будет непривычен.

Если вы никогда не программировали на языке C++, некоторые термины, использованные в этом разделе, будут вам непонятны. В этом случае можете пропустить его. Пока вы доберетесь до конца главы 6, эти термины станут для вас привычными.

3) Кроме того, Java - полностью объектно-ориентированный язык, даже в большей степени, чем C++ . Все сущности в языке Java являются объектами, за исключением немногих основных типов (primitive types), например чисел. (Поскольку с помощью объектно-ориентированного программирования легко разрабатывать сложные проекты, оно заменило собой более древнее структурное программирование. Если вы не знакомы с объектно-ориентированным программированием, главы 3-6 предоставят вам все необходимые сведения о нем.)

Однако разработать еще один, слегка улучшенный, диалект языка C++ недостаточно. Принципиально важно, чторазрабатывать программы, не содержащие ошибок, наязы- ке Java легче, чем наязыке C++. Почему? Разработчики языка Java долго размышляли о том, отчего программы, написанные на языке C++, так подвержены ошибкам. Они снабдили язык Java средствами, позволяющими исключить саму возможность создавать программы, в которых были бы скрыты наиболее распространенные ошибки. Для этого в языке Java сделано следующее.

4) Исключена возможность явного выделения и освобождения памяти.
Память в языке Java освобождается автоматически с помощью механизма сборки мусора. Программист гарантирован от ошибок, связанных с неправильным использованием памяти.

5) Введены истинные массивы и запрещена арифметика указателей.
Теперь программисты в принципе не могут стереть данные из памяти вследствие неправильного использования указателей.

6) Исключена возможность перепутать оператор присваивания с оператором сравнения на равенство.
Теперь нельзя даже скомпилировать выражение if(ntries = 3) . . . (программисты на языке Visual Basic могут вообще не заметить здесь никакой проблемы, поскольку эта ошибка - источник большинства недоразумений в языках С и C++).

7) Исключено множественное наследование. Оно заменено новым понятием - интерфейсом, позаимствованным из языка Objective С.
Интерфейс дает программисту почти все, что тот может получить от множественного наследования, избегая при этом сложностей, возникающих при управлении иерархиями классов.

Характерные особенности языка Java

Простой
Интерпретируемый
Распределенный
Надежный
Безопасный
Машинонезависимый
Объектно-ориентированный
Высокопроизводительный
Многопоточный
Динамичный
Не зависящий от архитектуры компьютера

В последнем разделе мы уже коснулись некоторых из этих пунктов. В этом разделе мы: приведем цитаты из руководства по языку Java, раскрывающие особенности языка; поделимся с читателями соображениями по поводу отдельных свойств языка, основываясь на собственном опыте работы с его последней версией.

Простой

Мы, хотели создать систему, которая легко программируется, не требует дополнительного обучения и учитывает сложившуюся практику и стандарты программирования. Поэтому, несмотря на то, что мы считали язык C++ неподходящим для этих целей, язык Java был разработан максимально похожим на него, чтобы сделать систему более доступной. В языке Java нет многих редко используемых, малопонятных и невразумительных средств языка C++, которые, по нашему мнению, приносят больше вреда, чем пользы.

Синтаксис языка Java, по существу, представляет собой очищенный вариант синтаксиса языка C++. В этом языке нет заголовочных файлов, арифметики указателей (и самих указателей), структур, объединений, перегрузки операторов, виртуальных базовых классов и т.п. (Различия между языками Java и C++ описываются в замечаниях о языке C++, разбросанных по всей книге.) Однако разработчики не стремились исправить все недостатки языка C++.

Например, синтаксис оператора switch в языке Java остался неизменным. Зная язык C++, перейти к синтаксису языка Java будет легко.
Если обычно вы используете визуальную среду программирования (например Visual Basic), язык Java покажется вам сложным.
Его синтаксис часто выглядит довольно странным (хотя понять смысл выражения не составляет труда). Важнее то, что при работе на языке Java приходится намного больше программировать. Прелесть языка Visual Basic заключается в том, что его визуальная среда программирования позволяет почти автоматически создавать инфраструктуру приложения. Чтобы достичь того же результата с помощью языка Java, необходимо программировать вручную, но при этом получаются намного более короткие программы.

Существует, однако, и третья разновидность сред программирования, позволяющих создавать программы с помощью технологии "перетащить-и-опустить" ("drag-and-drop").

Другой аспект простоты - краткость. Одна из целей языка Java - обеспечить разработку программ, которые можно было бы совершенно самостоятельно выполнять на небольших машинах. Размер основного интерпретатора и средств поддержки классов составляет около 40 Кбайт; стандартные библиотеки и средства поддержки потоков (особенно номное микроядро (self-contained microkernel)) занимают еще 17: Кбайт.
Это огромный успех. Заметим, однако, что библиотеки средств поддержки графического пользовательского интерфейса значительно крупнее.

Объектно-ориентированный

Попросту говоря, объектно-ориентированное программирование - это метод программирования, в центре внимания которого находятся данные (т.е. объекты) и средства доступа к ним. Проводя аналогию со столярным делом, можно сказать, что объектноориентированный мастер в основном сосредоточен на стуле, который он изготавливает, и лишь во вторую очередь его интересуют инструменты, необходимые для этого; в то же время необъектноориентированный столяр думает лишь о своих инструментах. Объектноориентированные свойства языка Java и C++, по существу, совпадают.

Объектная ориентация за прошедшие 30 лет уже доказала свою ценность, и без нее невозможно представить себе современный язык программирования. Действительно, объектно-ориентированные особенности языка Java сравнимы с языком C++. Основное различие между ними заключается в механизме множественного наследования, для которого в языке Java найдено лучшее решение, а также в модели метаклассов языка Java.

Механизмы отражения (глава 5) и сериализации объектов (глава 12) позволяют реализовать устойчивые объекты и средства для создания графических пользовательских интерфейсов на основе готовых компонентов.

Если вы никогда не программировали на объектно-ориентированных языках, внимательно изучите главы 4-6. В этих главах излагаются основы объектно-ориентированного программирования и показываются его преимущества при разработке сложных проектов над такими традиционными, процедурно-ориентированными языками, как язык С или Basic.

Распределенный

Java обладает большой библиотекой программ для передачи данных на основе таких протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol-протокол управления передачей/Интернет-протокол), как HTTP (Hypertext Transfer Protocol - протокол передачи гипертекстов) или FTP (File Transfer Protocol-протокол передачи файлов). Приложения, написанные на языке Java, могут открывать объекты и получать к ним доступ через сеть с помощью и URL-адресов (Uniform Resource Location - универсальный адрес ресурса) так желегко, как авлокальной сети.

Язык Java предоставляет мощные и удобные средства для работы в сети. Каждый, кто когда-либо пытался писать программы для работы в Интернет на других языках, будет приятно удивлен тем, как легко решаются на языке Java самые трудные задачи, например, открытие сетевых соединений (sockets connection). Элегантный механизм, состоящий из так называемых сервлетов (servlets), делает работу на сервере чрезвычайно эффективной.

Сервлеты поддерживаются многими популярными Web- серверами. (Работа в сети будет описана во втором томе.) Связь между распределенными объектами в языке Java обеспечивается механизмом вызова удаленных методов (эта тема также раскрывается во втором томе).

Надежный

Язык Java предназначен для создания программ, которые должны надежно работать в любых ситуациях. Основное внимание в языке Java уделяется раннему обнаружению возможных ошибок, динамической проверке (во время выполнения программы), а также исключению ситуаций, подверженных ошибкам... Единственное значительное отличие языка Java от языка C++ заключается в модели указателей, принятой в языке Java, которая исключает возможность перезаписи участка памяти и повреждения данных.

Это свойство также очень полезно. Компилятор языка Java выявляет такие ошибки, которые в других языках обнаруживаются только на этапе выполнения программы. Кроме того, программисты, потратившие многие часы на поиски ошибки, вызвавшей повреждение памяти из-за неверного указателя, будут очень рады тому, что в языке Java такие проблемы возникнуть в принципе не могут.

Если раньше вы программировали на языках Visual Basic или COBOL, в которых указатели явно не используются, возможно, вам непонятно, почему это настолько важно. Программистам на языке С повезло намного меньше. Им нужны указатели для доступа к строкам, массивам, объектам и даже файлам. При программировании на языке Visual Basic ничего этого не требуется, и программист может не беспокоиться о распределении памяти для этих сущностей. С другой стороны, многие структуры данных в языке, не имеющем указателей, реализовать очень трудно. Для обычных структур, вроде строк и массивов, указатели не нужны. Вся мощь указателей проявляется лишь там, где без них нельзя обойтись, например, при создании связанных списков. Программист на языке Java навсегда избавлен от неверных указателей, неправильного распределения и утечки памяти.

Безопасный

Язык Java предназначен для использования в сетевой или распределенной среде. По этой причине большое внимание было уделено безопасности. Язык Java позволяет создавать системы, защищенные от вирусов и постороннего вмешательства.

В первом издании мы написали: "Никогда не говори никогда",- и оказались правы. Группа экспертов по вопросам безопасности из Принстонского университета обнаружила первые ошибки в системе защиты версии Java 1.0 вскоре после появления в продаже первой версии набора инструментальных средств JDK. Более того, и они, и другие специалисты продолжали и впоследствии находить все новые и новые ошибки в механизмах безопасности всех последующих версий языка Java.

Положительной стороной этой ситуации является то, что группа разработчиков языка Java заявила о своей полной нетерпимости к любым ошибкам в системе защиты и немедленно приступила к исправлению всех проблем, обнаруженных в механизме безопасности апплетов. В частности, опубликовав внутренние спецификации интерпретатора языка Java, компания Sun намного облегчила поиск скрытых ошибок в системе безопасности и привлекла к их поиску независимых специалистов.

Это повысило вероятность того, что все ошибки в системе защиты будут вскоре обнаружены. В любом случае обмануть систему защиты языка Java чрезвычайно трудно. Обнаруженные до сих пор ошибки были почти неуловимыми, к тому же их количество (относительно) невелико.

Web-страница компании Sun, посвященная вопросам безопасности, имеет следующий URL-адрес: http://java.sun.com/sfaq/.

Перечислим некоторые ситуации, возникновение которых предотвращает система безопасности языка Java.

1) Переполнение стека выполняемой программы, к которюму приводил печально известный "червь", распространявшийся в Интернет.

2) Повреждение участков памяти, находящихся за пределами пространства, выделенного процессу.

3) Считывание и запись локальных файлов при использовании безопасного загрузчика классов, например Web-броузера, который запрещает такой доступ к файлам.

Все эти меры безопасности вполне уместны и обычно работают безупречно, однако осмотрительность никогда не повредит. Хотя обнаруженные к данному моменту ошибки были далеко не тривиальными, и все детали их поиска часто хранятся в секрете, следует признать, что доказать безопасность языка Java, вероятно, псе же невозможно.

Со временем в язык были добавлены новые средства защиты. Начиная с версии 1.1, в языке Java появилось понятие классов с цифровой подписью. Пользуясь классом с цифровой подписью, вы можете быть уверенным в его авторе. Если вы ему доверяете, то можете предоставить этому классу все привилегии, доступные на вашей машине.

Альтернативный механизм доставки кода, предложенный компанией Microsoft, опирается на технологию ActiveX и для безопасности использует только цифровые подписи. Очевидно, что этого недостаточно-любой пользователь программного обеспечения фирмы Microsoft может подтвердить, что программы широко известных производителей часто завершаются аварийно, создавая тем самым опасность повреждения данных. Система безопасности в языке Java намного надежнее, чем технология ActiveX, поскольку она контролирует приложение с момента его запуска и не позволяет ему причинять ущерб.

Не зависящий от архитектуры

Компилятор генерирует объектный файл, формат которого не зависит от архитектуры компьютера, - скомпилированная программа может выполняться на любых процессорах под управлением системы выполнения программ языка Java. Для этого компилятор языка Java генерирует команды, байт-кода, не зависящие от конкретной архитектуры компьютера. Байт- код разработан таким образом, чтобы на любой машине его можно было легко интерпретировать либо на лету перевести в машиноза висимый код.

Это не новая идея. Более 20 лет назад и в системе реализации языка Pascal, разработанной Никлаусом Виртом (Niclaus Wirth), и в системе UCSD Pascal применялась та же самая технология. Использование байт-кодов дает большой выигрыш при выполнении программы (правда, синхронная компиляция во многих случаях его компенсирует). Разработчики языка Java прекрасно справились с разработкой набора команд байт-кода, которые отлично работают на большинстве современных компьютеров, легко транслируясь в реальные машинные команды.

Машинонезависимый

В отличие от языков С и C++, в спецификации Java нет аспектов, зависящих от системы реализации. И размер основных типов данных, и арифметические операции над ними точно определены.

Например, тип int в языке Java всегда означает 32-разрядное целое число. В языках С и C++ тип int может означать как 16-разрядное, так и 32-разрядное целое число, а также целое число произвольного размера, по выбору разработчика конкретного компилятора. Единственное ограничение заключается в том, размер типа int не может быть меньше размера типа short int и больше размера типа long int. Фиксированный размер числовых типов позволяет избежать многих неприятностей, связанных с выполнением программ на разных компьютерах. Бинарные данные хранятся и передаются в фиксированном формате, что также позволяет избежать недоразумений, связанных с разным порядком записи байтов на разных платформах (конфликт "big endian/little endian"). Строки сохраняются в стандартном формате Unicode.

Библиотеки, представляющие собой часть системы, определяют машинонезависимый интерфейс. Например, в языке предусмотрен абстрактный класс Window и его реализации для операционных систем Unix, Windows и Macintosh.

Каждый, кто когда-либо пытался написать программу, которая одинаково хорошо работала бы под управлением операционных систем Windows, Macintosh и десяти разновидностей системы Unix, знает, что это очень трудная задача. Версия Java предприняла героическую попытку решить эту проблему, предоставив простой инструментальный набор, адаптирующий обычные элементы пользовательского интерфейса к большому количеству программных платформ. К сожалению, библиотека, на которую было затрачено немало труда, не позволила достичь приемлемых результатов на разных платформах. (При этом на разных платформах в графических программах проявлялись разные ошибки.)

Однако это было лишь началом. Во многих приложениях машинная независимость намного важнее изысканности графического пользовательского интерфейса. Именно эти приложения выиграли от появления версии Java 1.0. Однако теперь инструментальный набор для создания графического пользовательского интерфейса полностью переработан и больше не зависит от интерфейса пользователя на главном компьютере. Новая версия более осмысленна и, по нашему мнению, более привлекательна для пользователя, чем предыдущие.

Интерпретируемый

Интерпретатор языка Java может пересылаться на любую машину и выполнять байт-код непосредственно на ней. Поскольку редактирование связей - более легкий процесс, разработка программ может стать намного быстрее и эффективнее.

Возможно, это дает преимущество при разработке приложений, однако приведенная цитата - явное преувеличение. В любом случае компилятор языка Java, входящий в набор инструментальных средств JSDK (Java Software Development Kit), работает довольно медленно. (Некоторые компиляторы, принадлежащие к третьей разновидности, например, компиляторы компании IBM, работают намного быстрее.) Скорость перекомпиляции - это всего лишь один из факторов, характеризующих эффективность среды программирования. Сравнив скорость работы сред программирования на языке Java и языке Visual Basic, вы, возможно, будете разочарованы.

Высокопроизводительный

Хотя обычно интерпретируемые байт-коды имеют более чем достаточную производительность, бывают ситуации, в которых требуется еще более высокая эффективность. Байт-коды можно "на лету" (во время выполнения) транслировать в машинные коды для конкретного процессора, на котором выполняется данное приложение.

Если для выполнения байт-кодов применяется интерпретатор, не следует употреблять словосочетание "высокая производительность". Однако на многих платформах возможен другой вид компиляции, обеспечиваемый синхронными компиляторами (just-in-time compilers-JIT). Они транслируют байт-код в машинозависимый код, сохраняют результат в памяти, а затем вызывают его при необходимости. Поскольку при этом интерпретация выполняется только один раз, этот подход во много раз увеличивает скорость работы.

Несмотря на то что синхронные компиляторы все равно медлительнее, чем машинозависимые компиляторы, они во всяком случае работают намного быстрее интерпретаторов, обеспечивая для некоторых программ 10- и даже 20-кратное ускорение. Эта технология постоянно совершенствуется и в конце концов может достичь той скорости, которую никогда не превзойдут традиционные компиляторы. Например, синхронный компилятор может определить, какой фрагмент кода выполняется чаще, и оптимизировать его по скорости выполнения.

МНОГОПОТОЧНЫЙ

Обеспечивает лучшую интерактивность и выполнение программы.

Если вы когда-либо пытались организовать многопоточные вычисления на каком- нибудь еще языке программирования, вы будете приятно удивлены тем, как это легко сделать на языке Java. Потоки в языке Java могут использовать преимущества многопроцессорных систем, если операционная система позволяет это сделать. К сожалению, реализации потоков на большинстве платформ сильно отличаются друг от друга, а разработчики языка Java не предпринимают никаких попыток достичь единообразия. Только код для вызова потоков остается одинаковым для всех машин; язык Java перекладывает реализацию многопоточности на базовую операционную систему или библиотеку потоков. (Потоки описываются во втором томе.) Несмотря на это, именно легкость организации многопоточных вычислений делает язык Java таким привлекательным для разработки программного обеспечения серверов.

Динамичный

Во многих отношениях язык Java является более динамичным, чем языки С или C++. Он был разработан так, чтобы легко адаптироваться к постоянно изменяющейся среде. В библиотеки можно свободно добавлять новые методы и объекты, не причиняя никакого вреда. Язык Java позволяет легко получать информацию о ходе выполнения программы.

Это очень важно в тех случаях, когда требуется добавить код в уже выполняемую программу. Ярким примером этого является код, который загружается из Интернет для выполнения броузером. В версии Java 1.0 получить информацию о ходе выполняемой программы было совсем не легко, однако нынешняя версия языка Java раскрывает перед программистом как структуру, так и поведение объектов выполняемой программы.
Это весьма ценно для систем, которые должны анализировать объекты в ходе выполнения программы. К таким системам относятся средства создания графического пользовательского интерфейса, интеллектуальные отладчики, сменные компоненты и объектные базы данных.

Язык Java и Интернет

Идея проста- пользователи загружают байт-коды языка Java из Интернет и выполняют их на своих машинах. Программы Java, работающие под управлением Web-броузеров, называются апплетами. Для использования апплета нужен Web-броузер, поддерживающий язык Java и способный интерпретировать байт-коды. Лицензия на исходные коды языка Java принадлежит компании Sun, настаивающей на неизменности как самого языка, так и структуры его основных библиотек. К сожалению, в реальности все не так. Разные версии броузеров Netscape и Internet Explorer поддерживают разные версии языка Java, причем некоторые из этих версий значительно устарели. Эта достойная сожаления ситуация создает все больше препятствий при разработке апплетов, позволяющих использовать преимущества последней версии языка Java. Чтобы решить эту проблему, компания Sun разработала программу Java Plug-in, позволяющую создавать наиболее современную среду для запуска программ на языке Java на основе броузеров Netscape и Internet Explorer.

Загрузка апплета напоминает внедрение изображения в Web-страницу. Апплет становится частью страницы, а текст обтекает занятое им пространство. Однако отличие заключается в том, что изображение теперь является живым (alive). Оно реагирует на команды пользователя, изменяет свой внешний вид и обеспечивает пересылку данных между компьютером, на котором просматривается апплет, и компьютером, управляющим этим апплетом.

Загрузка апплета напоминает вставку рисунка в Web-страницу. Апплет становится частью страницы, а текст обтекает занимаемое им место. Дело в том, что изображение является "живым". Оно реагирует на команды пользователя, изменяет свой внешний вид и выполняет пересылку данных между компьютером, на котором выполняется апплет, и компьютером, управляющим этим апплетом.

На рис. 1.1 показан хороший пример динамической Web-страницы, выполняющей сложные вычисления и применяющей апплет для изображения молекул. Чтобы лучше понять структуру молекулы, можно вращать ее либо изменять масштаб изображения, используя мышь. Такие манипуляции нельзя реализовать на статических Web- страницах, однако апплеты делают это возможным. (Этот апплет можно найти по адресу http: //jmol.sourceforge.net.)

Рис. 1.1. Апплет Jmol

С помощью апплетов на Web-страницу можно добавлять новые кнопки и текстовые поля. Однако такие апплеты медленно загружаются по телефонной линии.

Почти то же самое можно сделать с помощью языка Dynamic HTML, форм языка HTML (Hypertext Markup Language - язык разметки гипертекстов) или языка сценариев, например, языка JavaScript. Разумеется, первые апплеты предназначались для анимации: вращающиеся глобусы, танцующие персонажи мультфильмов, вычурные тексты и т.п. Однако большинство из перечисленного могут делать и анимированные GIF-файлы, а язык Dynamic HTML в сочетании с разработкой сценариев делает намного больше, чем апплеты.

В результате несовместимости броузеров и несогласованности процесса загрузки через медленные сетевые соединения апплеты, предназначенные для Web-страниц, не стали огромным достижением. В локальных сетях (intranets) ситуация совершенно иная. В них обычно не возникают проблемы, связанные с пропускной способностью канала, поэтому время загрузки апплетов несущественно. В локальной сети можно выбирать нужный броузер или применять программу Java Plug-In. Сотрудники не могут переместить программу, доставленную через сеть, в неправильное место или неверно ее установить, а системному администратору не нужно обходить все клиентские машины и обновлять на них программы. Большое количество программ, предназначенных для учета товаров, планирования отпуска, возмещения транспортных расходов и тому подобного, были разработаны многими корпорациями в виде апплетов, использующих броузеры.

Пока мы писали книгу, маятник вновь качнулся от клиентских программ в сторону программирования серверных приложений (server-side programming). В частности, прикладные серверы (application servers) могут использовать мониторинговые возможности виртуальной машины Java для автоматического выравнивания нагрузки, объединения связей с базой данных, синхронизации объектов, безопасного завершения работы и повторной загрузки, а также для выполнения других процессов, необходимых для масштабируемых серверных приложений, которые почти невозможно корректно реализовать. Таким образом, программисты, создающие приложения, получили возможность купить эти сложные механизмы, вместо того, чтобы разрабатывать их самостоятельно. Это повысило производительность труда программистов - они сосредоточились на логике своих программ, не отвлекаясь на детали, связанные с работой серверов.

Язык программирования Java и сопровождающая его система поддержки исполнения программ были разработаны для того, чтобы однажды разработанные и скомпилированные программы поставлялись через Интернет в двоичном виде и работали на любой машине, поддерживающей Java. Безопасность стала частью разработки Java с самого начала. В данном разделе будет рассмотрена работа этой системы безопасности.

Java является языком, обеспечивающим безопасность при работе с типами. Это означает, что компилятор отклонит любую попытку использовать переменную таким

местим с ее типом. Для сравнения рассмотрим следующий

Он генерирует случайное число и сохраняет его в указателе р. Затем он сохраняет нулевой байт по адресу, содержащемуся в р, переписывая то, что было там до этого, - код или данные. В Java конструкции, в которых подобным образом смешиваются типы, запрещены самой грамматикой. Кроме того, в Java нет переменных-указателей, привидения типов, распределения памяти, управляемого пользователем (например, с помощью malloc и free), а все ссылки на массивы проверяются в ходе выполнения.

Java-программы компилируются в промежуточный двоичный код, называемый байткодом JVM. В JVM есть около 100 команд, большинство из которых помещают объекты определенного типа в стек, извлекают их из стека или арифметически объединяют две записи в стеке. Эти JVM-программы, как правило, интерпретируются, хотя в некото
рых случаях они могут быть скомпилированы в машинный язык для более быстрого исполнения. В модели Java апплеты, отправляемые через Интернет для удаленного исполнения, являются JVM-программами.

При поступлении апплета он попускается через процедуру проверки байт-кода JVM на предмет соответствия определенным правилам. Правильно откомпилированный апплет будет соответствовать им автоматически, но ничто не мешает злоумышленникам написать JVM-апплет на языке ассемблера JVM. Процедура проверки включает в себя поиск ответов на следующие вопросы:

1. Не пытается ли апплет подделать указатели?

2. Не нарушает ли он ограничения доступа к элементам закрытых классов?

3. Не пытается ли он использовать переменную одного типа как переменную другого типа?

4. Не генерирует ли он переполнение стека или выход за его нижние границы?

5. Не совершает ли он недопустимые преобразования переменных одного типа в переменные другого типа?

Если апплет проходит все эти тесты, он может быть запущен без опасений, что он будет обращаться не к своим областям памяти.

Тем не менее апплеты все же могут выполнять системные вызовы за счет вызова Java- методов (процедур), предоставляемых для этих целей. Способы, которые использовались для этого в Java, все время совершенствовались. В первой версии Java, JDK (Java Development Kit - инструментарий Java-разработчика) 1.0, апплеты подразделялись на два класса: надежные и ненадежные. Апплеты, получаемые с локального диска, были надежными и им разрешалось выполнять любой необходимый им системный вызов. В отличие от них апплеты, получаемые через Интернет, считались ненадежными. Они запускались в песочнице, как показано на рис. 9.33, и им практически ничего не разрешалось делать.

Набравшись опыта использования этой модели, компания Sun решила, что она имеет слишком ограничивающий характер. В JDK 1.1 была задействована цифровая подпись кода. Когда апплет поступал из Интернета, проводилась проверка, был он подписан человеком или организацией, которой пользователь доверяет (что определялось пользовательским списком доверенных владельцев цифровых подписей). Если подписи можно было доверять, апплет мог делать все что угодно, если нет, - он запускался в песочнице со строгими ограничениями.

После приобретения дополнительного опыта эта система также была признана неудовлетворительной, поэтому модель безопасности опять претерпела изменения. В JDK 1.2 была представлена конфигурируемая, тонко настраиваемая политика безопасности, применяемая ко всем апплетам, как локальным, так и удаленным. Эта модель безопасности настолько сложна, что ее описанию следует посвятить отдельную книгу (Gong, 1999), поэтому мы дадим лишь краткую обобщенную картину некоторых ее основных особенностей. Каждый апплет характеризуется двумя вещами: тем, откуда он прибыл и тем, кто его подписал. На вопрос, откуда он прибыл, отвечает его URL, а на вопрос, кто его подписал, отвечает закрытый ключ, который был использован для его цифровой подписи. Каждый пользователь может создать политику безопасности, состоящую из перечня правил. В каждом правиле могут перечисляться URL, владелец подписи, объект и действие, которое апплет может совершить с объектом, если URL апплета

и владелец подписи совпадут с указанными в правиле. Концептуально предоставляемая информация показана в табл. 9.3, хотя реально она отформатирована по-другому и имеет отношение к иерархии классов Java.

Один вид действий разрешает доступ к файлу. Действие может определять конкретный файл или каталог, набор всех файлов в заданном каталоге или набор всех файлов и каталогов, рекурсивно содержащихся в заданном каталоге. Три строки в табл. 9.3 соответствуют этим трем случаям. В первой строке пользователь Сьюзен установила свою запись прав доступа так, что апплеты, поступающие от машины обработчика ее налоговых данных, которая называется www.taxprep.com, и подписанные компанией- обработчиком, имеют доступ для чтения к ее налоговым данным в файле 1040.xls. Они могут читать только этот файл, который не могут читать никакие другие апплеты. Кроме того, все апплеты из всех источников независимо от того, подписаны они или нет, могут читать и записывать файлы в каталоге /usr/tmp.

Далее, Сьюзен доверяет корпорации Microsoft настолько, что разрешает апплетам, получаемым с ее сайта и подписанным этой компанией, читать, записывать и удалять файлы, находящихся ниже каталога Office в дереве каталогов, к примеру, для устранения дефектов и установки новых версий программного обеспечения. Для проверки подписей Сьюзен либо должна иметь необходимый открытый ключ на своем диске, либо должна получать их в динамическом режиме, например в виде сертификата, подписанного компанией, которой она доверяет и чей открытый ключ у нее имеется.

В качестве защищаемых ресурсов могут выступать не только файлы. Можно также защитить доступ к сети. Здесь объектом будет конкретный порт на конкретном компьютере. Компьютер указывается с помощью IP-адреса или DNS-имени; порты на этом компьютере указываются диапазоном чисел. Возможные действия включают в себя подключение к удаленному компьютеру и прием подключений, исходящих от удаленного компьютера. Таким образом, апплет может получить доступ к сети, но этот доступ ограничен обменом данными только с теми компьютерами, которые явным образом перечислены в списке разрешений. Апплеты могут в случае необходимости динамически загружать дополнительный код (классы), но предоставляемые пользователем загрузчики классов могут осуществлять строгий контроль того, какие машины могут быть источниками этих классов. Существует также множество других средств безопасности.

Еще по теме Безопасность в системе Java:

§ 39 Классификация договоров в отдельных видах. – Римская классификация. – Система прусского закона, французского и австрийского кодекса. – Система русского свода. – Система настоящего изложения.